从一到百并不简单人工智能星座还在路上

科普小知识2021-10-08 02:40:02

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“可编程‘智能卫星’的出现使卫星能够改变轨道上的任务和功能，这将改变原有的产业链，许多相关产业将因卫星功能的改善而消失。”在最近的2019年美国卫星大会展览上，传统卫星制造商洛克希德·马丁公司的演讲让人们真正意识到卫星的新时代正在到来。

一些媒体对这一变化的评论如下:“以前只有新空间公司才有的词语和表达方式，如人工智能和软件定义，已经多次出现在传统企业的发言中”。传统力量也乐于“拥抱”新技术。人工智能卫星和天基人工智能真的来了。

“最初，当卫星被定位为遥感卫星时，它只负责遥感，气象卫星只负责气象学，探测卫星只负责探测。然而，未来的智能卫星能够根据上面提到的软件‘改变思维’并做完全不同的事情。”近日，中国2019年软件定义卫星峰会论坛召开，中国科学院软件研究所研究员赵军锁解释说，这是前面提到的“任务和功能的变化”。在卫星上装载天基超级计算平台不仅可以改变卫星的用途，还可以做许多意想不到的事情。目前，中国已经有实验卫星在运行。

智能卫星有什么特别之处

据报道，智能卫星具有“识云识雾”和“无人驾驶”的能力。

“判断云与阅读雾”实际上是对图像质量的一种解释。据报道，传统卫星没有判读能力，所有拍摄的照片都将“原封不动”下载，由地面监控中心进行筛选和重组，这将浪费大量的频道资源。然而，装有人工智能系统的卫星将“解释”和“筛选”可用于下载的图片，不仅进行初步筛选，而且节省了大量的频道资源。

“无人驾驶”的提法在业内颇有争议。一些业内人士表示，卫星不是运输工具，不应该提及“驾驶”。卫星只涉及操作、维护、操作和控制。如果要表达无人操作和维护或无人控制的概念，大多数低轨道卫星都是在不可见的测量和控制弧(自主控制)中无人操作的，并且需要在可见的弧中进行测量和控制

事实上，在天基领域，卫星将受到太阳和地球等重力的影响，它们的轨道将会漂移。由各种干扰引起的扰动都需要卫星的地对地测量和控制支持。

虽然“无人控制”很难实现，但真正的智能卫星可以“请求”控制。2018年11月，在中国科学院软件研究所的领导下发射进入轨道的“天智1号”注入了一个基于自主请求的控制应用程序，该应用程序可以利用星载实时或历史全球导航卫星系统定位数据进行自主定轨，并可以在未来高精度地调整轨道。卫星也有判断能力。一旦发现轨道偏差超过设定的阈值，卫星将自动向地面发送控制请求。2019年1月7日至3月17日，中国科学院软件研究所、Xi安卫星测控中心和中国科学院微卫星创新研究所联合进行了自主请求控制测试，获得成功。

相关测试还证明，智能卫星的判读数据经过初步筛选后可以进一步计算提取数据和信息，如民航机场流量监测、植被监测、应急监测等。例如，如果你想比较每天在机场起飞和降落的航班数量，卫星可以对空间进行计算并直接给出数据，而不必传输图片进行计算，数据传输量可能会减少近100倍。

可变任务、天基计算、请求控制等。都是更智能的卫星的能力。但这还不是全部，赵俊所说:“我们想要建立的是一个具有无限智能的平台。人工智能的发展不能由一个单位来完成。因此，该软件希望将基础算法移植到卫星上，以便地基软件开发商能够参与天基智能的形成。”

功耗、计算能力、卫星数据安全等难题有待解决。

对于更高层次的人工智能，功耗和计算能力是两个“障碍”。卫星的负载有限，在太空运行时很难获得大量的运行能量。因此，如何在低功耗条件下发挥最大计算力是一个必须解决的问题。

“天智1号”还配备了云计算平台，通过独立感知计算负载，实现计算资源的智能管理和调度。它可以按时完成大部分数据处理工作，并节省大量不必要的数据传输。

目前，大多数人工智能模型都在地面上，不能在太空中进行。然而，仍然需要收集大量的数据并在学习后上传模型。很难反复纠正和训练模型。

然而，将地面上的超级计算机的处理能力转移到空中是困难的，主要是因为它不能克服负载和功耗的问题。“未来，我们希望使用软件方法对功耗较低的芯片进行算法‘翻译’，以便运行在图形处理器上的算法可以直接运行在低功耗处理器上，并将人工智能算法转移到卫星上。这样，就可以在卫星上进行更多的操作，卫星上的人工智能与地面之间的差距也越来越小。”赵军锁说道。

此外，卫星系统的安全也是需要解决的问题之一。据报道，洛克希德·马丁公司在美国卫星会议上表达了对智能卫星安全的担忧。

哪里有代码，哪里就有可以攻击的漏洞。为了让卫星获得人工智能，它们离不开系统、应用、算法和软件，所有这些都是通过代码实现的。毫无疑问，如果没有被完全理解和理解，使用开源代码很容易受到攻击。

因此，为了确保卫星的安全，有必要实现基础代码的自主性和可控性。

软件定义卫星联盟正在建造的人造地球卫星系统是一个定制的系统，它在开放和开放的同时确保卫星系统的安全和可靠性。

星间通信链路是构建人工智能星座的关键

只有当一颗卫星实现了人工智能后，才能构建人工智能星座。当系统从一个变为一个组时，卫星之间的数据传输成为需要解决的问题，如何最快速地传输数据以及如何优化分配计算力等问题随之而来。

在广阔的太空中，相距甚远的卫星发射的激光如何到达另一颗卫星的接收设备？

"两颗恒星之间的距离平均为几千公里，移动速度相对较快。"关于星座之间的联系，星运航天公司副总经理李杜表示，建立两颗星之间联系的即时准确性只是第一步，在恶劣的空间环境中保持稳定一致的持续联系，对星间通信设备提出了更高的要求。

杜利介绍说，建立星间通信链路并保持链路稳定是最关键的技术。两颗卫星总是以相对较高的速度运行。为了成功地建立一个链并保持稳定，他们需要被瞄准、捕获和跟踪。

“卫星间激光通信是对极长距离和极弱信号的探测。其技术难点来自于超长距离、链路的动态变化和复杂的空间环境。”杜利说，由于超长距离，激光通信技术可以在卫星之间使用，这需要开发高功率、低功耗、良好的线宽和温度稳定性的激光模块、超高灵敏度光电探测器和高速光电转换器件。

此外，在星座系统的规模上，杜利提醒说，一般来说:如果一颗卫星质量小于100公斤，功能单一，投入成本低，投资、建设和运营几十个或数百个星座是可以负担得起的，长期运营的良好商业模式也可以盈利；然而，如果一颗卫星的质量达到几吨甚至几吨，它的结构和功能往往很复杂，制造成本也很高。其星座系统的建设、运行和管理也非常复杂。整个系统的输入就像一个天文数字，用商业空间模型一般很难求解。这种商业空间项目通常很难盈利，也不容易成功。

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